Piezoelektrik etki ve teknolojideki uygulaması
1880'de Jacques ve Pierre Curie kardeşler, bazı doğal kristaller sıkıştırıldığında veya gerildiğinde, kristallerin kenarlarında elektrik yüklerinin ortaya çıktığını keşfettiler. Kardeşler bu fenomeni "piezoelektrik" (Yunanca "piezo" kelimesi "basmak" anlamına gelir) olarak adlandırdılar ve kendileri de bu tür kristallere piezoelektrik kristaller adını verdiler.
Anlaşıldığı üzere, turmalin kristalleri, kuvars ve diğer doğal kristallerin yanı sıra yapay olarak yetiştirilen birçok kristal piezoelektrik etkiye sahiptir. Bu tür kristaller, zaten bilinen piezoelektrik kristaller listesine düzenli olarak eklenir.
Böyle bir piezoelektrik kristal istenen yönde gerildiğinde veya sıkıştırıldığında, bazı yüzeylerinde küçük bir potansiyel farkla zıt elektrik yükleri belirir.
Bu yüzlere birbirine bağlı elektrotlar yerleştirirsek, o zaman kristalin sıkışması veya gerilmesi anında elektrotların oluşturduğu devrede kısa bir elektriksel dürtü görünecektir.Bu piezoelektrik etkinin tezahürü olacak... Sabit basınçta böyle bir dürtü oluşmayacaktır.
Bu kristallerin doğal özellikleri, hassas ve hassas aletler üretmeyi mümkün kılar.
Piezoelektrik kristal oldukça elastiktir. Kuvvet deforme olduğunda, kristal atalet olmadan orijinal hacmine ve şekline geri döner. Yeniden çaba sarf etmeye veya halihazırda uygulanmış olanı değiştirmeye değer ve hemen yeni bir akım dürtüsüyle yanıt verecektir. Çok zayıf mekanik titreşimlere ulaşmak için en iyi kaydedicidir. Titreşen kristalin devresindeki akım küçüktür ve bu, Curie kardeşlerin piezoelektrik etkiyi keşfetmesi sırasında bir engeldi.
Modern teknolojide bu bir engel değildir çünkü akım milyonlarca kez yükseltilebilir. Artık bazı kristallerin çok önemli bir piezoelektrik etkiye sahip olduğu bilinmektedir. Ve onlardan elde edilen akım, önceden amplifikasyon olmadan bile uzun mesafeler boyunca teller üzerinden iletilebilir.
Piezoelektrik kristaller, metal ürünlerdeki kusurları tespit etmek için ultrasonik kusur tespitinde kullanılmıştır. Radyo frekansı stabilizasyonu için elektromekanik dönüştürücülerde, çok kanallı telefon iletişiminin filtrelerinde, bir kablo üzerinde aynı anda birkaç konuşma yapıldığında, basınç ve kazanç sensörleri, bağdaştırıcılarda, ultrasonik lehimleme — birçok teknik alanda, piezoelektrik kristaller sarsılmaz konumlarını aldılar.
Piezoelektrik kristallerin önemli bir özelliği de ters piezoelektrik etki... Kristalin belirli yüzeylerine zıt işaretli yükler uygulanırsa, bu durumda kristallerin kendileri deforme olacaktır.Bir kristale bir ses frekansının elektriksel titreşimleri uygulanırsa, kristal aynı frekansta titreşmeye başlar ve çevredeki havada ses dalgaları uyarılır. Böylece aynı kristal hem mikrofon hem de hoparlör görevi görebilir.
Piezoelektrik kristallerin bir başka özelliği de onları modern radyo teknolojisinin ayrılmaz bir parçası haline getiriyor. Mekanik titreşimlerin doğal frekansına sahip olan kristal, uygulanan alternatif voltajın frekansı onunla çakıştığı anda özellikle güçlü bir şekilde titremeye başlar.
Bu, sürekli salınım jeneratörlerinde sabit bir frekansın korunması nedeniyle piezoelektrik stabilizatörlerin oluşturulduğu temelinde elektromekanik rezonansın bir tezahürüdür.
Frekansı piezoelektrik kristalin doğal titreşim frekansına uyan mekanik titreşimlere benzer şekilde yanıt verirler. Bu, onlara ulaşan tüm seslerden yalnızca bir amaç için gerekli olanları seçen akustik cihazlar oluşturmanıza olanak tanır.
Piezoelektrik cihazlar için bütün kristaller alınmaz. Kristaller, kristalografik eksenlerine göre kesin olarak yönlendirilmiş katmanlar halinde kesilir, bu katmanlar, daha sonra belirli bir boyuta kadar parlatılan dikdörtgen veya dairesel plakalar haline getirilir. Titreşimlerin rezonans frekansı buna bağlı olduğundan plakaların kalınlığı dikkatli bir şekilde korunur. İki geniş yüzey üzerinde metal katmanlarla birbirine bağlanan bir veya daha fazla plakaya piezoelektrik elemanlar denir.